Способ управления поворотными колесами наземного безрельсового транспортного средства

Изобретение относится к наземным колесным безрельсовым транспортным средствам (ТС) и предназначено в частности для легковых и грузовых двухосных автомобилей, дорожных и сельскохозяйственных машин, например колесных тракторов. Управление поворотными колесами ТС осуществляется путем поворота наружного и внутреннего колес в горизонтальной плоскости на угол α, соответствующий кривизне траектории движения ТС, и одновременного их наклона на угол β в поперечной плоскости. Угол β определяют в зависимости от действующей на колеса боковой нагрузки F_б и составляющей G веса ТС из условия равенства проекций этих нагрузок на ось колеса. Достигается минимизация действующих на поворотные колеса осевых нагрузок, уменьшение поперечных проскальзываний в пятне контакта шины и дорожной поверхности и повышение устойчивости ТС против опрокидывания за счет увеличения плеча противодействующей опрокидыванию силы веса ТС. 1 з.п. ф-лы. 3 ил.

 

Изобретение относится к транспортостроению и предназначено преимущественно для легковых и грузовых двухосных автомобилей, различных дорожных и сельскохозяйственных машин, например колесных тракторов.

Известен способ управления поворотными колесами транспортного средства (ТС), заключающийся в том, что каждое поворотное колесо поворачивают в горизонтальной плоскости на угол α, определяемый кривизной траектории движения, и одновременно для обеспечения оптимального режима качения колеса наклоняют его в вертикальной плоскости к центру поворота на угол β, определяемый в зависимости от угла α, радиуса колеса и расстояния от полюса управления машиной до оси, несущей поворотное колесо (патент RU 2191129, В62D 9/04, 2002 г.).

Такой способ управления недостаточно эффективен, т.к. не учитывает при определении угла наклона β динамики нагрузок, действующих на поворотные колеса.

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого изобретения является способ управления колесами ТС (патент US 6634654, В60G 3/26, 2003 г.), при котором наружное и внутреннее колеса поворачивают в горизонтальной плоскости на угол α, соответствующий кривизне траектории движения, и одновременно наклоняют в поперечной плоскости в сторону, противоположную направлению действующей на ТС боковой нагрузки, на угол β, определяемый величиной данной нагрузки. Этим достигают уравновешивания нормальных усилий по бортам ТС для повышения устойчивости ТС против опрокидывания.

Однако из-за отсутствия в указанном способе минимизации осевых нагрузок, действующих на поворотные колеса, обеспечение режима устойчивого движения ТС по криволинейной траектории при минимальном износе шин недостаточно полно.

Задача, решаемая изобретением, направлена на обеспечение устойчивого режима криволинейного движения ТС на возрастающих скоростях при одновременном уменьшении износа шин поворотных колес и нагруженности несущих элементов подвески.

Технический результат, получаемый от реализации изобретения, состоит в минимизации действующих на поворотные колеса осевых нагрузок, уменьшении поперечных проскальзываний в пятне контакта шины и дорожной поверхности, повышении устойчивости ТС против опрокидывания за счет увеличения плеча противодействующей опрокидыванию силы веса ТС.

Технический результат достигается тем, что в способе управления поворотными колесами наземного безрельсового транспортного средства путем поворота наружного и внутреннего колес в горизонтальной плоскости на угол α, соответствующий кривизне траектории движения ТС, и одновременного наклона каждого из них в поперечной плоскости на угол β, определяемый в зависимости от действующей на колеса боковой нагрузки F_б, в отличие от известных аналогов при определении угла наклона каждого колеса дополнительно учитывают составляющую веса G ТС, приходящуюся на это колесо, и численный показатель угла наклона устанавливают из условия равенства проекций F_б и G на ось колеса.

Дополнительное отличие состоит в том, что углы наклона колес вычисляют по соотношению

для наружного колеса: ,

для внутреннего колеса:

где

β_н(в) - угол наклона наружного/внутреннего поворотного колеса к центру поворота в поперечной плоскости;

r_дн(в) - динамический радиус наружного/внутреннего поворотного колеса;

α_н(в) - угол поворота наружного/внутреннего поворотного колеса;

δ_н(в) - угол увода наружного/внутреннего поворотного колеса;

δ₂ - угол увода задней оси;

L_б - база (расстояние между передней и задней осями);

В - ширина колеи;

к_н(в) - безразмерный коэффициент: ;

ω_н(в) - угловая скорость вращения наружного/внутреннего поворотного колеса;

g - ускорение свободного падения.

Количественная связь величины наклона колес к центру поворота одновременно и со скоростными и с траекторными параметрами движения ТС оказывает решающее влияние на силовые явления, возникающие в контакте шины с дорожной поверхностью, и устойчивость движения. Поэтому строгая количественная зависимость углов наклона β одновременно и от скоростных, и от траекторных параметров движения ТС, достигаемая изобретением, обеспечивает за счет равенства проекций нагрузок F_б и G на ось колеса минимизацию осевых нагрузок, действующих на поворотные колеса, и, следовательно, уменьшает склонность ТС к боковому скольжению на криволинейной траектории, повышая устойчивость движения ТС, уменьшая износ шин поворотных колес и нагруженность несущих элементов подвески.

Одновременно наклон наружного колеса к центру поворота вызывает смещение контакта колеса на величину h (фиг.3) от продольной плоскости ТС, что дополнительно оказывает положительное влияние на устойчивость ТС против опрокидывания.

На представленных чертежах:

Фиг.1 - схема поворота двухосного колесного ТС, где R_н и R_в радиусы поворота соответственно наружного и внутреннего управляемых колес;

Фиг.2 - схема, иллюстрирующая механизм минимизации действующей на каждое поворотное колесо осевой нагрузки;

Фиг.3 - схема повышения устойчивости ТС против опрокидывания.

Сущность предложенного способа поясняется на конкретном примере управления поворотными колесами двухосного автомобиля с управляемой передней осью с использованием в конструкции подвески этих колес исполнительных механизмов, например, с гидро-, пневмо- или электоприводом, предназначенных наклонять управляемые колеса к центру поворота на угол до 40° в соответствии с управляющим сигналом компьютера. Управляющий сигнал формируется в результате обработки информации, поступающей к компьютеру от датчиков, отслеживающих значения боковой и вертикальной нагрузок, приходящихся на каждое из управляемых колес, и обеспечивает точно дозированное значение угла наклона поворотных колес к центру поворота ТС.

В процессе криволинейного движения ТС наружное и внутреннее поворотные колеса поворачивают в горизонтальной плоскости на углы соответственно α_н и α_в, определяемые кривизной траектории ТС, и одновременно наклоняют в поперечной плоскости к центру поворота ТС на углы соответственно β_н и β_в, определяемые следующими соотношениями:

Данные соотношения учитывают величину действующих на поворотные колеса боковых нагрузок, обусловленных криволинейным движением, и составляющих веса ТС, приходящихся на данные колеса. При наклоне поворотных колес в поперечной плоскости на углы, определяемые указанными соотношениями, реализуется выполнение следующего условия

,

которое обеспечивает равенство проекций на ось колеса боковой нагрузки F_бн(в) и составляющей веса G_н(в), т.е. (фиг.2). В случае наклона колеса к центру поворота (в сторону, противоположную направлению нагрузки F_бн(в)) осевая нагрузка определяется выражением

Таким образом, при равенстве и и наклоне колеса к центру поворота на установленный угол β осевая нагрузка становится равной нулю.

Результаты проведенных исследований, в том числе и натурного эксперимента, дают основания утверждать, что реализация предлагаемых соотношений позволит увеличить предельную по опрокидыванию скорость движения грузового автомобиля средней грузоподъемности на 5,5%; скорость, предельную по боковому скольжению, - на 2,8%, при этом нагрузка на цапфу наружного поворотного кулака снижается на 87-96,5%.

Выбор рациональных значений углов наклона управляемых колес автомобиля позволяет сократить интенсивность износа шин при движении по криволинейной траектории в 2,5-3 раза.

1. Способ управления поворотными колесами наземного безрельсового транспортного средства путем поворота наружного и внутреннего колес в горизонтальной плоскости на угол α, соответствующий кривизне траектории пути, и одновременного наклона каждого из них в поперечной плоскости к центру поворота на угол β, определяемый в зависимости от динамики действующей на колеса боковой нагрузки F_б, отличающийся тем, что при определении угла наклона каждого колеса дополнительно учитывают параметр составляющей веса транспортного средства G, приходящейся на это колесо, и численный показатель угла наклона устанавливают из условия равенства проекций F_б и G на ось колеса.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что углы наклона колес вычисляют по соотношению для наружного колеса

для внутреннего колеса

где β_н(в) - угол наклона наружного/внутреннего поворотного колеса к центру поворота в поперечной плоскости;

r_дн(в) - динамический радиус наружного/внутреннего поворотного колеса;

α_н(в) - угол поворота наружного/внутреннего поворотного колеса;

δ_н(в) - угол увода наружного/внутреннего поворотного колеса;

δ₂ - угол увода задней оси;

L_б - база (расстояние между передней и задней осями);

В - ширина колеи;

к_н(в) - безразмерный коэффициент:

ω_н(в) - угловая скорость вращения наружного (внутреннего) поворотного колеса;

g - ускорение свободного падения.